Времяимпульсный метод преобразования

Преобразовать значение измеряемой величины во временной интервал можно с помощью вспомогательного пилообразного напряжения. На рис. 6.6, а показана постоянная измеряемая величина и вспомогательное линейно нарастающее напряжение . В момент значение пилообразного напряжения оказывается равным нулю, что служит командой для формирователя стробирующих импульсов, который начинает вырабатывать импульс прямоугольной формы (рис. 6.6, б). В момент линейно нарастающее напряжение достигает значения . В этот момент вырабатывается команда на окончание импульса, и напряжение на выходе генератора уменьшается до нуля. Сигналы команд вырабатываются в сравнивающем устройстве (нуль-органе), которое имеет два входа ( и ). Когда
= , на выходе сравнивающего устройства появляется импульс.

Рис. 6.6. Времяимпульсный метод

Таким образом, измеряемая величина преобразуется во временной интервал , при этом сохраняется линейная зависимость между и . Нетрудно убедиться из рис. 6.6, а, что если изменить значение , например, в сторону уменьшения, становится меньше и длительность сформированного импульса. Следующий этап преобразования заключается в превращении временного интервала в код. Для этого служат счетные импульсы (рис. 6.6, в), следующие с периодом .

Этими импульсами заполняется временной интервал . Выполнить эту операцию можно с помощью стробирующего устройства, пропускающего счетные импульсы на свой вход, когда на один из его входов поступает разрешающий сигнал.

В качестве разрешающего (стробирующего) сигнала используется прямоугольный импульс длительностью . На выходе стробирующего устройства получаем группу из N счетных импульсов. Число импульсов , т. е. имеется линейная связь между числом импульсов и временным интервалом . Сигнал (рис. 6.6, г) является унитарным кодом измеряемой величины.

Действительно, как следует из рис. 6.6, а, . Значение есть скорость нарастания напряжения, В/с. Следовательно, . Так как , имеем

. (6.5)

Из (6.5) видно, что при постоянных значениях и v число импульсов N пропорционально измеряемой величине и, следовательно, сигнал, показанный на рис. 6.6, г, является ее унитарным кодом. Так как унитарный код имеет рассмотренные выше недостатки, следующим этапом преобразований является перекодирование, т. е. превращение унитарного кода в другой код, например, двоично-десятичный. Перекодирование можно осуществить достаточно просто с помощью счетчика импульсов.

Структурная схема АЦП с времяимпульсным преобразованием изображена на рис. 6.7. Генератор счетных импульсов является мерой. Стабильность частоты обеспечивается кварцевым генератором. Счетные импульсы поступают на сравнивающее устройство. Сравнивающее устройство вырабатывает команды в моменты и , на основе которых в формирователе стробирующих импульсов вырабатывается сигнал, управляющий стробирующей схемой. С выхода стробирующей схемы импульсы поступают на счетчик. Устройство управления вырабатывает сигналы, управляющие генератором пилообразного напряжения или счетчиком.

Рис. 6.7. Структурная схема АЦП с времяимпульсным преобразованием

Источниками погрешностей АЦП времяимпульсного типа могут быть:

- нелинейность пилообразного вспомогательного напряжения и нестабильность скорости его нарастания;

- нестабильность частоты генератора счетных импульсов;

- погрешность фиксации моментов и с помощью сравнивающих устройств (нуль-органов);

- погрешности квантования (дискретности).

Погрешность дискретности – характерный вид погрешности АЦП и цифровых измерительных приборов. Определим ее значение. Допустим, что на временной интервал приходится 6 счетных импульсов (рис. 6.8, а). Принцип АЦП с времяимпульсным преобразованием основан на измерении интервала . Как видно из рис. 6.8, а, , однако счетчик фиксирует число не периодов, а импульсов. В рассматриваемом примере счетчик зафиксирует 6 импульсов. Абсолютная погрешность измерения составит

.

Таким образом, результат измерения завышен. Максимальная погрешность составит величину , когда . Случай, когда АЦП дает заниженный результат, поясняется на рис. 6.8, б. Здесь . Счетчик зафиксировал всего 4 импульса, следовательно,

Рис. 6.8. Погрешность дискретности

Максимальная погрешность равна . Итак, абсолютная погрешность дискретности, связанная с квантованием интервала , может составить , а относительная (в процентах)

(6.5)

Как ясно из рис. 6.8, погрешность определения интервала обусловлена двумя причинами: 1) счетные импульсы не синхронизированы с началом измеряемого интервала, в результате чего возникает погреш ность, равная ; 2) период не кратен , поэтому возникает погрешность . Имеется способ устранения указанных погрешностей. Прежде чем перейти к его рассмотрению, определим возможности уменьшения погрешности дискретности без усложнения устройства АЦП. Из (6.5) следует, что уменьшить погрешность дискретности можно увеличением частоты счетных импульсов. Однако если приходится иметь дело с малыми временными интервалами Т_х, необходимый период счетных импульсов может превысить возможности счетчика, т. е. из-за недостаточного быстродействия счетчик окажется не в состоянии зафиксировать число поступающих на него импульсов. Поэтому этот способ хорош в тех случаях, когда по условиям решения измерительной задачи период достаточно велик.

Более точное преобразование можно получить в АЦП время-импульсного типа с так называемым «электронным нониусом». Принцип действия АЦП данного типа поясняется рис. 6.9 и 6.10.

Из стробирующего импульса с временным интервалом (рис. 6.9, а) формируются два остроконечных импульса, один из них (рис. 6.9, б) запускает генератор счетных импульсов, работающий на частоте . Таким образом, начало поступления счетных импульсов на счетчик 1 совпадает с началом измеряемого временного интервала. Генератор продолжает работать и после окончания интервала . Импульс (рис. 6.9, в) запускает второй генератор, работающий на частоте .

Рис. 6.9. АЦП с электронным нониусом

Частоты генераторов выбраны так, чтобы период был несколько меньше . Импульсы от второго генератора поступают на счетчик 2, а также на схему совпадения. На схему совпадения подаются также импульсы от первого генератора ().

Рис. 6.10. Структурная схема АЦП с электронным нониусом

Моменты появления импульсов от обоих генераторов не совпадают, однако, поскольку < , импульсы постепенно сближаются. На
рис. 6.9, д пятый импульс, поступивший от генератора , совпал во времени с импульсом от генератора . Схема совпадения в этот момент выдает команду на оба генератора, и генерация импульсов прекращается. Из рис. 6.9, г, д, е, следует, что

(6.7)

Первая часть слагаемого представляет собой целую часть измеренного интервала, вторая – неучтенную часть (рис. 6.9, г). Арифметическое устройство объединяет показания счетчика по алгоритму, определяемому соотношением (6.7).

Рассмотренный времяимпульсный метод преобразования «аналог – код» часто называют методом развертывающего преобразования.

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: